Судовые насосы

 

Анализ случаев  показывает, что равновесие системы насос — сеть будет устойчивым, когда и имеют один знак, т. е.

(17)

 

Неравенства (17) выполнимы при работе насоса на нисходящей и восходящей ветвях характеристики.

Таким образом, создается впечатление, что для  обеспечения устойчивой работы системы  насос — сеть необходимыми условиями  являются: и и неравенства (17). В некоторых случаях эти условия необходимы, но не всегда достаточны.

 

 

9. Регулирование подачи ЦН. Способы регулирования

В процессе эксплуатации СЭУ ее режим работы может изменяться в необходимом мощностном интервале. А это требует изменения и  подачи насоса (рабочего режима системы). В качестве примера можно привести ПТУ. В ее состав входит ГС (конденсатно-питательная). Составной частью этой системы является насос (питательный, конденсатный и др.). При изменении режима работы системы насос — сеть происходит нарушение материального и энергетического балансов. Для их восстановления требуется изменение ХН или ХС, а может быть, и той, и другой одновременно.

Процесс изменения  НХ сети и насоса с целью обеспечения  необходимой подачи принято называть регулированием насоса. Существуют различные способы регулирования. Они применяются в зависимости от их конструктивного выполнения и возможности изменения числа оборотов приводного двигателя. По принципу действия различаются количественные и качественные способы регулирования. Первые применяются для насосов, имеющих приводной двигатель, работающий с . Такое регулирование производится изменением ХС и может быть осуществлено: дросселированием задвижкой, установленной на нагнетательном трубопроводе (наиболее распространенный способ); перепуском жидкости из нагнетательного трубопровода во всасывающий; дросселированием задвижкой, установленной на всасывающем трубопроводе.

При качественном регулировании  . Такой способ более экономичен (отсутствует дополнительное гидравлическое сопротивление). В то же время для его осуществления необходим приводной двигатель с регулируемым числом оборотов (например, паровая турбина, шунтовый электродвигатель). Его целесообразно использовать при работе насоса на преодоление гидравлических сопротивлений ( ). В противном случае ( ) целесообразно применять один из способов количественного регулирования. В судовых условиях регулирование дросселированием на нагнетательном трубопроводе осуществляется наиболее просто и позволяет применять двигатели с нерегулируемым числом оборотов.

Рассмотрим  сущность некоторых способов регулирования. Дросселирование потока жидкости лучше  производить в напорном трубопроводе, так как такой процесс в приемном трубопроводе связан с опасностью возникновения кавитации. Он осуществляется дроссельным клапаном. Каждому положению клапана соответствует определенная ХС и соответственно своя точка пересечения с НХ насоса. В этом случае энергетический баланс ГС выразится уравнением

(18)

 

где

 — сопротивление дроссельного  клапана, соответствующее данной  подаче насоса. При таком способе  преодолевается сопротивление не  только сети, но и дроссельного  клапана (рис. 21).

 

Рис. 21. К регулированию  подачи путем изменения характеристики сети с помощью дроссельного клапана	Рис. 22. К регулированию  подачи частичным перепуском жидкости

 

При этом более  целесообразно применять тихоходные насосы ( ). При работе нескольких насосов на один трубопровод процесс регулирования каждого из них рациональнее производить последовательно, т. е. вначале дросселировать поток на выходе одного из насосов до полного закрытия дросселя с последующим отключением его, а затем — на выходе из второго и т. д.

Регулирование с помощью перепуска жидкости (частичного сброса подачи) применяют  в двух случаях: если существует опасность  неустойчивой работы насоса при уменьшении подачи и при необходимости регулирования  работы насоса с падающей кривой. Такой способ регулирования подачи приведен на рис. 22. Здесь кривая LCE — НХ насоса, парабола ABC — ХС, парабола OPDZ — характеристика перепускного клапана, ОРЕК — суммарная характеристика сети и открытого перепускного клапана. При закрытом перепускном клапане рабочей точкой системы будет точка С. При открытии перепускного клапана она перемещается по НХ вниз и занимает положение точки Е. Сущность такого регулирования подачи при видна из рис. 23.

 

Рис. 23. К регулированию подачи путем изменения скорости вращения приводного двигателя насоса

 

В судовой практике возможны и другие способы регулирования  подачи насоса, например путем изменения  подпора. Он находит применение в  конденсационных установках. Изменение подпора насоса влияет на срывную часть НХ, и, таким образом, рабочий режим насоса из опасной зоны переходит в более безопасную. В кавитационном режиме могут работать конденсатные насосы, насосы водоопреснительных и холодильных установок [8].

 

 

 

ОСЕВЫЕ НАСОСЫ

1. Общее устройство и принцип действия

В осевых насосах  в отличие от центробежных жидкость движется в осевом направлении, поэтому  они и получили такое название. В этих насосах отсутствуют радиальные перемещения потока и, следовательно, совершенно исключена работа центробежных сил. Приращение давления происходит исключительно за счет преобразования кинетической энергии в потенциальную, т. е. за счет использования диффузорного эффекта.

 

Рис. 1. Схема  осевого насоса

 

Но диффузорные  потоки, как известно, устойчивы лишь при соблюдении определенных условий, нарушение которых ведет к отрыву пограничного слоя от поверхностей межлопастных каналов и в результате — к полному переформированию потока. Поэтому к проектированию и изготовлению осевых насосов предъявляются более высокие требования, чем это делается в отношении центробежных насосов.

Осевые (пропеллерные) насосы по своей конструкции просты. Основными элементами осевого насоса (рис. 1) являются: подвод 1, рабочее колесо 2, лопаточный отвод (выправляющий аппарат) 3 и корпус 4. Проточная часть насоса по существу представляет собой участок цилиндрической изогнутой трубы, и насос может быть легко встроен в общий трубопровод, к которому он подключен. Рабочее колесо, напоминающее гребной винт, получает вращение от электродвигателя (не показан) через вал 5. Подвод с обтекателем 7 и выправляющий аппарат неподвижные. Обтекатель обеспечивает плавный подвод жидкости к лопастям.  В месте выхода вала из корпуса установлен сальник 6.

Выправляющий  аппарат раскручивает поток и направляет его по оси насоса. Иногда перед рабочим колесом устанавливают направляющий аппарат, служащий для устранения закручивания потока, которое может возникнуть вследствие асимметрии потока перед входом в насос.

Судовые насосы выполняют вертикальными и горизонтальными, причем одноступенчатыми (с одним рабочим колесом). По способу закрепления лопастей рабочего колеса на втулке различают насосы жестколопастные и поворотно-лопастные. У первого типа насосов лопасти жестко закреплены на втулке, а у второго — могут поворачиваться. Благодаря повороту лопастей изменяется угол их установки и существенно расширяется область работы насоса. Однако наличие устройства для поворота лопастей сильно усложняет конструкцию насоса.

Область использования  осевых насосов — большие подачи при малых напорах. Обычно их строят на подачи Q от 500 м³/ч и более, при напоре H — около 4 - 7 м. Выпуск промышленных образцов осевых насосов регламентирован ГОСТ 9366—80.

Осевые насосы применяются в балластных системах ледоколов и плавучих доков, в подруливающих устройствах судов. На морских паротурбинных судах эти насосы используются для прокачки забортной воды через главные конденсаторы.

Осевые насосы не обладают сухим всасыванием и  имеют малую допустимую вакуумметрическую высоту всасывания. Для обеспечения бескавитационной работы эти насосы размещают ниже свободного уровня перекачиваемой жидкости.

 

 

2. Определение основных размеров и оценка кавитационных качеств рабочего колеса ОН

В основу расчета  РК ОН, как и вентилятора, положены 2 уравнения: Эйлера и неразрывности потока. При этом принимаются во внимание особенность работы ступеней насоса и конструктивные соотношения, нашедшие применение в судовой практике. При расчете ОН должны быть заданы: Н, Q, , гидравлическое сопротивление приемного трубопровода физические константы перекачиваемой среды.

Частота вращения ОМ (насосов, вентиляторов) по сравнению  с ЦМ (насосами, вентиляторами) при  одинаковых параметрах работы больше в 1,5 - 2 раза. В связи с этим они более быстроходны и при прочих равных условиях имеют меньшие габариты, но и большие окружные скорости (до 60 м/с у насосов и до 100 м/с у вентиляторов). Ограничение скорости связано с появлением кавитации и сильного шума.

Цель расчета  РК ОН — определение входных и выходных углов потока, геометрических параметров (внутреннего и наружного диаметров, высоты лопасти, хорды и шага профиля) и построение профиля лопасти.

Порядок приближенного  расчета РК ОН.

1. Определение наружного диаметра:

 

где d — относительный диаметр втулки, выбираемый в зависимости от n_s ;

 — средняя осевая скорость.

2. Нахождение диаметра втулки РК:

3. Определение высоты лопасти:

4. Вычисление углов входа и выхода потока:

5. Вычисление угла поворота потока:

6. Нахождение относительного шага втулочной решетки по известным и :

7. Определение шага решетки: , где — число лопастей РК, принимаемое в зависимости от n_s.

8. Нахождение длины хорды профиля втулочной решетки по известным значениям и :

9. Нахождение хорды профиля периферийной решетки (на наружном диаметре колеса): .

10. Построение средней линии профиля по известным значениям , , .

 

 

3 Способы регулирования подачи

Регулирование подачи ОН можно производить следующими способами: дросселированием на нагнетании с помощью клинкета (в небольших  пределах); изменением частоты вращения приводного двигателя (более эффективный способ); поворотом лопастей с изменением угла установки лопасти при постоянной частоте вращения (наиболее совершенный способ).

Процесс изменения  подачи при реализации последнего способа  осуществляется следующим образом: при уменьшении угла установки лопасти происходит снижение осевой скорости, а следовательно, и подачи насоса пропорционально этому снижению скорости. Используя такой способ регулирования и сохраняя постоянными обороты приводного двигателя, можно сохранять напор ОН почти постоянным при значительных изменениях подачи. Однако наличие поворотного устройства значительно усложняет конструкцию ОН, а поэтому его целесообразно использовать только для ОН больших производительностей.

 

 

4. Область использования

Область использования  ОН определяется их характерными особенностями, к которым относятся: возможность создания больших подач при малых напорах (до 500 м³/ч и более); отсутствие самовсасывания; обеспечение малой допустимой вакуумметрической высоты всасывания. Исходя из этого, ОН целесообразно использовать: в качестве балластных на ледоколах и плавучих доках (Q = 1900 м³/ч; Н=5 м; n = 980 об/мин); в подруливающих устройствах судна; для прокачивания забортной воды в главных конденсаторах ПТУ; в качестве отливных; в качестве водометных движителей.

 

 

 

СТРУЙНЫЕ НАСОСЫ

1. Классификация, устройство, принцип действия

Струйные аппараты классифицируются по трем основным признакам: агрегатное состояние взаимодействующих  сред, степень сжатия, степень расширения.

Под степенью сжатия понимается отношение давления среды за диффузором к давлению инжектируемой (всасывающей) среды, т. е. . Под степенью расширения понимается отношение давления рабочей среды к давлению инжектируемой среды, т. е. . В зависимости от указанных признаков классификации различают следующие СА: равнофазные, в частности 1) газо(паро)струйные компрессоры , 2) газо(паро)струйные эжекторы , 3) газо(паро)струйные инжекторы; разнофазные, в частности, возможны следующие сочетания среды: 1) рабочая среда упругая, инжектируемая — неупругая (СА, используемые для пневмотранспорта, может быть любая), 2) рабочая среда неупругая, инжектируемая — упругая (водовоздушные эжекторы, может быть любая, 3) рабочая и инжектируемая среды неупругие (СА, используемые для гидротранспорта, может быть любая); изменяющейся фазности, при этом возможны следующие сочетания: 1) рабочая среда упругая, инжектируемая — неупругая (пароводяные инжекторы, подогреватели, может быть любая), 2) рабочая среда неупругая, инжектируемая — упругая (пароводяные смешивающие подогреватели, может быть любая).

СА, в которых  в качестве рабочей и инжектируемой среды используется вода (неупругая среда), принято называть струйными насосами (СН). Под эжектором понимается СА, присоединенный к обслуживаемому объекту всасывающим патрубком. Под инжектором понимается СА, присоединенный к обслуживаемому объекту нагнетательным патрубком.